残余扭力扳手的无线MES数据传输方案：扭力角度无线上传生产管理系统溯源

【资料简介】

残余扭力扳手无线MES数据传输方案

在汽车零部件、重型机械、航空航天等对装配精度要求较高的制造领域，残余扭力（也称为终拧扭力、剩余扭力）的管控直接关系到产品的结构强度与使用安全性，传统人工记录残余扭力与角度数据的模式，存在数据伪造、记录滞后、无法追溯等问题，已经无法满足现代生产质量管理的要求。成都精炬达电子科技有限公司推出的JD-CSC系列残余扭力无线传输模块，为残余扭力扳手对接生产制造执行系统（MES）提供了完整解决方案，实现扭力角度数据无线上传、系统自动判定、全流程溯源，有效提升生产质量管理水平。

 

 

一、方案背景与需求分析

1.1 传统残余扭力管控的痛点

当前国内多数制造企业的残余扭力检测环节，仍依赖操作人员手动读取扭力扳手表盘数值或显示屏数据，再手工记录到纸质单据或Excel表格中，这种模式存在诸多难以解决的问题：第一，数据真实性无法保障，存在操作人员漏记、错记甚至为满足合格要求伪造数据的情况，导致不合格装配件流入下一道工序，埋下质量隐患；第二，数据流转滞后，人工记录的数据需要定期整理录入系统，无法让质量管理部门实时掌握装配工位的扭力达标情况，异常问题不能及时发现处置；第三，追溯难度大，当产品出现质量问题需要回溯装配环节扭力数据时，需要翻阅大量纸质单据，查找效率极低，且纸质单据容易损坏丢失，无法提供完整的质量凭证；第四，统计分析困难，人工数据无法自动生成质量报表，企业无法对不同批次、不同工位的扭力合格率进行统计分析，难以优化装配工艺。

1.2 MES系统对扭力数据的需求

现代MES生产质量管理系统，要求实现生产全流程数据的实时采集、集中存储、自动判定与可追溯，对于残余扭力检测环节，核心需求包括：第一，数据自动采集，无需人工干预，直接将残余扭力扳手检测到的扭力值、角度值上传到MES系统，避免人为干扰；第二，无线传输适配，现有生产车间的装配工位分布分散，重新布线成本高、施工难度大，要求采用无线传输方式，适配车间复杂的电磁环境；第三，实时判定预警，MES系统可以根据预设的扭力、角度合格范围，对采集到的数据自动判定合格性，发现异常数据立即触发预警，提示操作人员与现场管理人员处置；第四，全链路数据绑定，要求扭力数据能够与当前生产的工件批次、工件编号、操作人员、工位编号、检测时间等信息绑定存储，实现单工件全生命周期溯源；第五，兼容性强，能够适配不同品牌、不同型号的数显残余扭力扳手，同时兼容企业现有MES系统，无需对现有系统进行大规模改造。

 

 

二、JD-CSC系列无线传输方案整体架构

成都精炬达电子科技有限公司JD-CSC系列残余扭力扳手无线MES数据传输方案，采用“数显扭力扳手+JD-CSC无线传输模块+车间无线网关+MES系统接口”四层架构，实现数据从采集端到管理端的无缝传输，整体架构如下：

2.1 感知层：数显残余扭力扳手

方案适配市场主流品牌的数显残余扭力扳手，只要扭力扳手具备标准数字输出接口（如RS232、USB等），就可以对接JD-CSC系列无线模块，模块自动读取扳手检测完成后的残余扭力值、旋转角度值，不需要对原有扭力扳手进行改造，企业可以利旧现有设备，降低方案实施成本。对于没有数字输出接口的机械扭力扳手，也可以配套加装JD-CSC系列扭力角度传感器，改造为可输出数据的数显扭力扳手，满足传输需求。

2.2 传输层：JD-CSC系列无线传输模块

JD-CSC系列模块是方案的核心硬件，分为JD-CSC100手持型和JD-CSC200固定式两个型号，分别适配便携使用的活动扭力扳手和固定工位的定扭矩扳手：JD-CSC100手持型模块集成可充电锂电池，续航时间可达7天以上，体积小巧，可以固定在扭力扳手手柄位置，不影响操作人员正常使用；JD-CSC200固定式模块支持外部供电，也支持电池供电，适配固定装配工位的使用场景。模块采用LoRa无线通信技术，相较于蓝牙、WiFi传输，LoRa具备传输距离远、穿透能力强、抗干扰能力强的优势，在车间多设备、多墙体的复杂环境中，传输距离可以达到500米，能够覆盖绝大多数生产车间的覆盖需求，同时功耗更低，适合电池供电的移动应用。模块支持数据本地缓存，当车间无线网络临时中断时，采集到的数据会临时存储在模块本地，网络恢复后自动补传，不会造成数据丢失。

2.3 网关层：车间无线汇聚网关

JD-CSC系列无线网关负责接收车间内所有JD-CSC模块上传的扭力角度数据，将数据协议转换后通过以太网或WiFi上传到企业局域网，进而传输到MES系统。单台网关最多可以支持500个终端节点同时接入，满足大型车间数百个装配工位的接入需求，网关支持断点续传和数据二次加密，保障数据传输过程中的完整性与安全性。

2.4 应用层：MES生产质量管理系统

方案提供标准的MES接口，包括HTTP、MQTT、OPC UA等常用协议接口，可以对接绝大多数主流品牌的MES系统，企业不需要进行复杂的二次开发，就可以完成数据对接。上传到MES系统的扭力角度数据，会与工件标识信息绑定，系统根据预设的工艺参数自动判定合格性，数据存储到企业数据库中，支持随时查询与溯源。

 

 

三、核心功能实现

3.1 扭力角度数据无线自动上传

当操作人员完成残余扭力检测，按下扭力扳手的确认键后，扭力扳手将当前检测得到的扭力值、角度值输出到JD-CSC无线模块，模块自动对数据进行封装加密，通过LoRa无线网络发送到车间网关，网关再转发到MES系统，整个传输过程不超过2秒，不影响正常的装配作业节拍，全程不需要操作人员手动录入数据，从源头杜绝了数据造假的可能。对于批量连续检测的场景，模块支持自动触发上传，每完成一次检测自动上传数据，进一步提升作业效率。

3.2 MES系统自动合格判定

企业可以在MES系统中根据不同产品、不同工序的工艺要求，预设残余扭力的合格范围（如最大允许扭力、最小允许扭力）和角度的合格范围，当数据上传到MES系统后，系统会自动将采集到的数据与预设阈值进行比对，自动判定当前检测结果为“合格”或“不合格”。如果判定为不合格，系统会立即触发预警，包括工位终端弹窗提示、声光报警等，禁止当前工件流入下一道工序，只有操作人员对不合格工件进行返工，重新检测合格后才能放行，有效避免不合格品流出。系统还会自动记录所有不合格数据，统计不合格发生的频次、工位、产品批次，为质量分析提供数据支撑。

3.3 全流程质量溯源

每一条扭力角度数据上传时，都会绑定对应的工位编号、操作人员工号、工件标识编号（如VIN码、零件编号）、检测时间、批次号等信息，存储在MES系统的数据库中。当产品在后续生产环节或者交付后出现质量问题，需要追溯装配环节的残余扭力数据时，只需要在MES系统中输入工件的编号，就可以在1秒内查询到对应的残余扭力检测数据、操作人员信息、检测时间，完整还原检测过程，为质量问题分析提供准确依据，满足IATF16949等汽车行业质量管理体系对可追溯性的要求。

3.4 数据统计分析

MES系统可以对采集到的所有残余扭力数据进行多维度统计分析，生成扭力合格率统计报表、扭力分布直方图、不合格原因分析报表等，帮助企业质量管理部门发现装配过程中的系统性问题，比如某一工位的扭力长期偏下限，可能是扳手校准出现问题，或者工艺参数设置不合理，企业可以及时调整，优化装配工艺，提升整体装配质量。

 

 

四、实际应用案例

4.1 案例背景

国内某商用车发动机制造企业，主要生产重型商用车发动机，发动机缸盖螺栓的残余扭力要求严格，直接关系到发动机的密封性能与结构强度，之前采用人工记录扭力数据的方式，多次出现因为数据记录错误、不合格工件未被发现，导致发动机出厂后出现漏水、螺栓松动等质量问题，售后索赔成本较高，同时客户审核时，因为无法提供完整可追溯的扭力数据，多次开出不符合项，企业急需升级残余扭力数据管控方案，对接现有MES系统，实现数据自动采集与可追溯。

4.2 方案实施

该企业共计12个发动机装配工位，配备18把数显残余扭力扳手，采用成都精炬达电子科技有限公司JD-CSC系列无线传输方案，具体实施内容：

为每把数显扭力扳手安装JD-CSC100手持无线传输模块，不需要改造原有扭力扳手，半天完成所有模块安装调试；

车间部署2台JD-CSC无线网关，覆盖所有装配工位，通过以太网接入企业局域网；

通过标准MQTT接口对接企业现有SAP MES系统，仅用3天完成接口开发与调试，不需要改动MES系统原有架构；

在MES系统中为不同型号发动机的缸盖螺栓分别设置残余扭力合格范围，绑定工件VIN码与操作人员信息。

4.3 应用效果

方案实施后，该企业取得了明显的管理提升：

数据真实性100%，杜绝了人工记录错记、漏记、造假的问题，连续两年客户审核没有再出现扭力数据追溯的不符合项；

不合格品流出率从原来的0.8%下降到0，因为扭力不合格导致的售后索赔消除，每年为企业节省索赔成本超过200万元；

质量追溯时间从原来平均4小时缩短到1秒以内，出现质量问题时能够快速定位原因，处理效率提升99%以上；

减少了操作人员手工记录数据的时间，每个工位每天节省约30分钟作业时间，12个工位每年节省人工成本超过30万元。

 

五、常见问题问答

问题类别	问题内容	解答
硬件适配	JD-CSC系列方案可以适配我企业现有不同品牌的数显扭力扳手吗？	可以适配，只要现有数显扭力扳手具备标准RS232、USB或其他通用数字输出接口，都可以对接JD-CSC系列模块，不需要更换现有扭力扳手，我们会提供对应的适配调试服务，保障正常连接。
传输稳定性	车间设备多，墙体多，无线传输会不会经常丢数据？	JD-CSC系列采用LoRa无线通信技术，穿透能力和抗干扰能力远强于蓝牙、WiFi，同时模块支持本地数据缓存，网络中断时数据会临时存储在本地，网络恢复后自动补传，实际应用中数据完整率可以达到99.99%以上，不会出现丢数据的问题。
系统对接	我企业的MES系统是定制开发的，能对接吗？	可以对接，我们提供HTTP、MQTT、OPC UA、WebService等多种标准接口协议，也可以根据企业MES系统的具体要求定制开发接口，绝大多数情况下只需要1-3天就可以完成对接开发，不需要对现有MES系统进行大规模改造。
部署成本	整个方案部署下来成本大概是多少？	方案采用模块化部署，按照接入的扭力扳手数量收费，单把扭力扳手的改造成本远低于更换带无线传输功能的全新扭力扳手，企业不需要重新购买扭力扳手，利旧现有设备，整体部署成本可以降低60%以上，对于多数中型制造企业，项目成本在几万元到十几万元，通常6个月到1年就可以通过质量成本节约收回投资。
维护难度	方案投用后，日常维护复杂吗？	方案采用模块化设计，稳定性高，日常维护非常简单，手持模块只需要定期充电，网关不需要日常维护，出现故障时只需要更换对应的模块即可，不需要专业技术人员长时间调试，成都精炬达提供1年免费保修服务和终身技术支持，保障设备正常运行。
数据安全	无线传输的数据会不会被泄露或者篡改？	JD-CSC系列模块对所有传输数据进行AES加密处理，只有企业内部网关可以解密数据，数据传输过程中不会被外部设备窃取，同时数据上传后会同时在模块本地和MES系统数据库存储两份，防止数据被篡改，保障数据的完整性和安全性。

 

六、方案总结

成都精炬达电子科技有限公司JD-CSC系列残余扭力扳手无线MES数据传输方案，解决了传统人工记录模式下数据失真、无法追溯、管理低效的痛点，不需要企业大规模更换现有设备、改造现有MES系统，就可以快速实现残余扭力角度数据的自动无线上传、系统自动判定、全流程质量溯源，帮助企业提升生产质量管理水平，降低质量成本，满足行业质量管理体系对可追溯性的要求，适合汽车零部件、重型机械、航空航天、装备等对残余扭力管控要求较高的制造企业推广应用。

 

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